Damit man immer weiß, wie es der Spritzgießmaschine geht

Mit einem Condition Monitoring System (CMS) ermöglicht Wittmann Battenfeld die Zustandsüberwachung seiner Spritzgießmaschinen.

CMS werden seit vielen Jahren bei Großanlagen eingesetzt, um Ertragseinbußen durch Produktionsausfälle und kostenintensive Wartungsaufwände zu minimieren. Anwendungsbeispiele sind Drehrohröfen in Zementwerken, Förderanlagen in der Rohstoffgewinnung, Vortriebsmaschinen im Tunnelbau, Kraftwerksturbinen oder Windkraftanlagen. Durch die Fortschritte bei der Sensortechnik und der zunehmenden Verfügbarkeit von Hochgeschwindigkeits-Datennetzen werden CMS-Systeme nunmehr auch für Spritzgießmaschinen interessant. Wittmann Battenfeld hat hier Pionierarbeit geleistet und bietet die CMS-Fähigkeit als Optionsausrüstung für seine Spritzgießmaschinen an.

Im Gegensatz zur zeitorientierten Instandhaltung, bei der Komponenten in festgelegten Zeitintervallen, unabhängig vom Zustand der Bauteile ausgetauscht werden (Preventive Maintenance), setzt das Condition Monitoring (CM), auf eine permanente Zustandsüberwachung (Predictive Maintenance). Letzteres bietet den Vorteil, den Austausch ausschließlich vom Grad des Verschleißes und der Funktionserfüllung abhängig machen zu können. Die Überlegenheit der Zustandsüberwachung gegenüber der vorbeugenden Wartung ist in der Methode selbst begründet: Zwischen zwei Wartungen eintretende Schäden bleiben in der Regel unentdeckt und können deshalb bis zum Totalausfall führen, der bei rechtzeitiger Entdeckung mit oft geringem Aufwand zu beseitigen wäre. Die derart eintretenden ungeplanten Reparaturkosten und der Ertragsausfall durch den Maschinenstillstand sind meist höher als die Kosten für ein CMS. Dies zählt umso mehr, je enger die Produktionen in einer Just-in-time-Kette eingebunden sind, wie dies beispielsweise Spritzgießproduktionen in der Automobil-Zulieferindustrie sind.

Wittmann Battenfeld hat vor drei Jahren ein CMS vorgestellt, das als Optionsausrüstung zu den Spritzgießmaschinen lieferbar ist. Es greift auf die Messwerte bereits vorhandener, sowie zusätzlich eingebauter Sensoren zu und gibt diese an ein Aufzeichnungssystem weiter.

Konkret überwacht das CMS bei (servo-)hydraulischen Maschinen die Antriebsfunktion der Hydraulik, also Vibrationen im Pumpenantrieb, Stromaufnahme und Systemdruck. Bei (servo-)hydraulischen Maschinen überwacht es die Ölqualität (Temperatur, die Partikelanzahl im Öl und den Wassergehalt), bei elektrischen Maschinen die Getriebe-Ölqualität. Es überprüft das „Klima“ im Elektroschrank hinsichtlich Temperatur, Feuchtigkeit oder eventueller Rauchbildung.

Im Blick hat es zudem die Kapazität der Kühlwasser- und der Luftversorgung (Durchflussmenge, Druck, Temperatur), die mechanischen Parameter der Schließeinheit (Drücke in den Druckkissen bei den Macropower-Maschinen, Vibrationen und Drehmomente bei den servoelektrischen Antrieben) sowie die mechanischen Parameter des Plastifizier-/Spritzaggregates, also Vibrationen Plastifizier-Drehmoment, Schneckenhub und das Schließverhalten der Rückstromsperre. Eine Vibrationsursache kann beispielsweise eine gelockerte Schraube der Schneckenkupplung sein, die, wenn sie unbemerkt bleibt, zu einem größeren Folgeschaden führen kann.

Die Verarbeitung der Zustandsdaten erfolgt auf drei Ebenen: die Messdaten-Erfassung und -Anzeige erfolgt an der Maschine, dann erfolgt die Datenanalyse und -aufbereitung auf dem CMS-Leitrechner, es schließt sich die Datenbewertung und Zustandsanalyse an.

Für die Messdaten-Erfassung und Anzeige werden die Messwerte teils zyklussynchron, teils zeitabhängig (Temperaturen, Feuchtigkeit, Signale vom Rauchmelder im Elektroschrank) an der Maschine gesammelt und anschließend an den CMS-Rechner zur Auswertung weitergeleitet. An der Maschine werden die aktuellen Zustandsdaten auf eine Überblicksseite der B8-Maschinensteuerung kompakt dargestellt. Abweichungen von voreingestellten Sollwerten (Temperaturbereiche, Luftdruck, Rauchmeldersignale) werden mittels Grün/Rot-Ampelanzeigen visualisiert.

Das Herz des CMS-Systems ist der CMS-Rechner. Er ist Teil eines Produktionsleitstands. Er kommuniziert mit den Spritzgießmaschinen und greift die Messdaten ab, sammelt und speichert sie für eine später notwendige Rückverfolgung. Die CMS-Software verarbeitet die Messdaten zu Trendfolgemodellen. Ein CMS-Leitstand kann gleichzeitig bis zu 50 Maschinen überwachen und Vorwarnungen via E-Mail an das Instandhaltungspersonal weitergeben.

Zur Datenbewertung werden anerkannte Qualitätsstandards zu Grunde gelegt, beispielsweise zur Beurteilung der Ölqualität die NAS (National Aerospace Standard) 1638 beziehungsweise die Öl-Reinheitsklassifizierung nach ISO 4406. Bei den Werten für den Öl- oder Luftdruck, Temperaturen oder dem Schließverhalten der Rückstromsperre werden Erfahrungswerte als Beurteilungslimits eingestellt. Zusätzlich werden die Schwingungen von verschleißgefährdeten Bauteilen mit Vibrationssensoren erfasst und mit Analyse-Algorithmen ausgewertet.

Die CMS-Software liefert neben aktuellen Statusinformationen auch Trends zur Veränderung von Funktionswerten. Diese stellen Entscheidungsgrundlagen für das Instandhaltungspersonal dar. Sollte zur Interpretation der Entscheidungsgrundlagen vor Ort nicht ausreichend qualifiziertes oder erfahrenes Personal verfügbar sein, so besteht die Möglichkeit, die Dateninterpretation über eine Inline-Vernetzung an ein Service-Center von Wittmann Battenfeld auszulagern und von dort aus notwendige Wartungsmaßnahmen einzuleiten. Diese Dienstleistung wird von der Serviceorganisation des Maschinenbauers angeboten.

Die zustandsorientierte Maschinenwartung bietet somit eine größere Ausfallsicherheit als die Wartung in fixen Zeitintervallen oder das Prinzip der vorsorglichen Wartung, da durch die fehlende Information zwischen den Wartungen Störungen (gelockerte Schrauben, beginnender Lagerschaden) mit dem Potenzial für einen plötzlich eintretenden Totalausfall kaum erkannt werden können. Deshalb ist ein CMS-System ein nützlicher Beitrag zur Steigerung der Ausfallsicherheit von Produktionen, insbesondere und ganz besonders in Just-in-time-Produktionsketten. Und schon wenige Tage Produktionsausfall kompensieren die Kosten zur Implementierung eines CMS.

Reinhard Bauer, Technokomm